Prüfung von Crashstrukturen – von low-speed bis high-speed

Schnellzerreißversuch
Für Anwendungen in der Automobilindustrie ist das Werkstoffverhalten bei hohen Dehnraten entscheidend. Bei einem Unfall werden hohe Geschwindigkeiten bei der Verformung des Materials erreicht, die für die Fahrzeugauslegung zwingend berücksichtigt werden müssen. Für die numerische Berechnung der Crashsicherheit werden umfassende Daten bzw. Werkstoffgesetze benötigt. Die durch den Leichtbau-Trend getriebene Entwicklung von neuen Werkstoffen und Materialkombinationen erfordert eine umfangreichere Ermittlung von Kennwerten für die Simulation des Crashverhaltens.
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Für die Ermittlung von Werkstoffkennwerten in Abhängigkeit der Belastungsgeschwindigkeit werden heutzutage überwiegend Prüfmaschinen mit servo-hydraulischem Antrieb eingesetzt. Mit ihnen lassen sich auf einfache und komfortable Weise, Versuche im Geschwindigkeitsbereich von quasistatisch bis über 20 m/s sowie bei Kräften von bis zu 160 kN durchführen.

Im Schnellzerreißversuch wird die Probe schlagartig belastet. Um die Geschwindigkeit während des Zerreißversuches konstant zu halten, wird das Steuersignal für die Maschine so korrigiert, dass ein unerwünschter Geschwindigkeitseinbruch kompensiert wird.

Die Messtechnik ist bei Versuchen, die nur wenige Millisekunden dauern, eine besondere Herausforderung. Gemessen wird die Kraft, der Weg, aus dem die Geschwindigkeit errechnet wird, und die Probendehnung.

In Hochgeschwindigkeitszugversuchen kommen zudem optische Messsysteme zum Einsatz die einerseits globale Dehnungswerte, wie Längs- und Querdehnung, andererseits auch lokale Verformungsgrößen, wie z.B. lokale Bruchdehnung der Probe ermitteln können.

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Low-speed Crash Test
Das Verständnis der Verformbarkeit von Karosserieteilen unter Krafteinwirkung ist essentiell für die Auslegung von Sicherheitsstrukturen zum Schutze der Insassen. Zusätzlich zu den üblichen Hochgeschwindigkeitstests für die Werkstoffkennwertermittlung und den realitätsnahen Crashtests an kompletten Fahrzeugen werden daher so genannte „low speed crashtests“ an crash-relevanten Komponenten und Strukturen durchgeführt. Denn bereits bei Belastungen mit langsamen Verformungsgeschwindigkeiten können wichtige Aussagen über das Verformungsverhalten von Fahrzeugstrukturen getroffen werden. Für die effiziente Validierung von Simulationsergebnissen bietet der Prüfmaschinen Hersteller ZwickRoell eine flexible Prüfanlage mit einer Maximalkraft von 1200 kN, die es ermöglicht die Schadenseinleitung und -fortpflanzung zu untersuchen. Auch hier finden optische 3D-Messsysteme zur Ermittlung von Verformungsgrößen Anwendung.


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